DE4445744C1 - Elektrisches Heizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zylindrisches elektrisches Heizelement mit nach radial außen gerichteter Wärme­ abstrahlung oder rohrförmiges elektrisches Heizelement mit nach radial außen oder innen gerichteter Wärmeab­ strahlung, insbesondere in Form eines Wendelrohrheiz­ körpers, dessen Heizleiter in Isoliermasse eingebettet und von einem formstabilen Mantel umgeben ist und der zu einer Wendelform formbar ist, wobei die Heizleiter des Heizelementes oder die Wendel des Heizkörpers mit Metall, insbesondere Kupfer oder Messing, vergossen sind und das Vergußmetall eine zylindrische Anlagefläche für ein zu beheizendes Bauteil bildet, die das Bauteil radial umschließt oder vom Bauteil radial umschlossen ist, wobei bei rohrförmigem Heizelement vorzugsweise ein Außenmantel oder Innenmantel in Rohrform aus Edelstahl oder anderem schlecht wärmeleitenden Werkstoff oder aus thermischem Isoliermaterial vorgesehen ist, der das Heizelement auf der Fläche umgibt, die der durch Vergußmasse gebildeten Kontaktfläche zum beheizten Bauteil abgewandt ist.

Bei einem solchen Heizelement kann es sich um eine Heiz­ patrone oder dergleichen handeln, die einen kreisförmigen Querschnitt hat und die in einen entsprechenden zylindrischen Hohlraum eines zu beheizenden Bauteiles eingesteckt werden kann, wobei der Querschnitt des Aufnahmekanales derart an diese Heizpatrone angepaßt ist, daß die Umfangsfläche der Heizpatrone eng an der Wandung des Aufnahmekanals anliegt. Die Erfindung betrifft aber auch rohrförmige elektrische Heizelemente, die beispielsweise auf eine Spritzgießdüse aufgeschoben werden und satt passend auf einer solchen Spritzgießdüse aufsitzen. Desweiteren betrifft die Erfindung rohrförmige Heizelemente, die in eine entsprechende passende Aufnahme­ bohrung oder dergleichen Kanalausbildung eines zu beheizenden Werkstückes eingeschoben werden können.

Derartige Heizelemente insbesondere in Form von Wendelrohrpatronen oder auch Heizbändern werden beispielsweise zur Beheizung von Heißkanaldüsen oder -verteilern bei Druckgieß- oder Spritzgießwerkzeugen eingesetzt.

Häufig ist es erwünscht, daß über die Länge eines solchen Heizelementes oder auch über den Umfang des Heizelementes unterschiedliche Temperaturzonen eingestellt werden. Dazu ist es an sich schon bekannt, die Wendel des Rohr­ heizkörpers oder die Wendel eines Heizelementes in unterschiedlicher Steigung relativ eng oder mit relativ großen Abständen zu wendeln, um auf diese Weise unterschiedliche Temperaturzonen über die Länge des Heizelementes zu erreichen. Aufgrund der Tatsache, daß aber das Heizelement, insbesondere die Wendel des Heiz­ körpers, mit Kupfer, Messing oder dergleichen leitfähigen Metallen vergossen ist, findet ein unmittelbarer Wärmetransport in der Vergußmasse statt. Dies führt im Ergebnis dazu, daß die Temperaturverteilung über die Gesamtlänge des Heizelementes im wesentlichen gleichmäßig ist. Eine wesentliche Verminderung der Temperatur in einzelnen Zonen ist somit nicht im befriedigendem Maße erreichbar.

Aus der DE 86 20 949 U1 ist ein elektrisches Heizelement bekannt, bei dem zwischen einzelnen Heizzonen thermisch isolierende bzw. schlechtleitende Materialien eingebracht sind. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang von einer beheizten Zone zu einer unbeheizten Zone verringert.

Aus der DE 85 35 571 U1 ist es bekannt, einen radial umlaufenden Luftspalt als Isolierung einzubringen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem unterschiedliche Temperaturzonen auf einem zu beheizenden Gegenstand auch oder ausschließlich in axialer Richtung genau zu definieren und einzuhalten sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß ein oder mehrere Teilbereiche der durch Vergußmasse gebildeten Kontaktfläche derart ausgebildet sind, daß bei auf das zu beheizende Bauteil aufgeschobenem oder in das zu beheizende Bauteil eingeschobenem Heizelement nur ein Teil der Kontaktfläche auf der Mantelfläche oder der Umfangsfläche aufliegt und zwischen dem oder den anderen Teilbereichen und der Mantelfläche oder Umfangsfläche ein Luftspalt gebildet ist und daß der oder die Teilbereiche oder weitere Teilbereiche durch eine oder mehrere axial zum Heizelement gerichtete Ausnehmungen (Rinne, Nut) eines Teilbereiches der durch Vergußmasse gebildeten Kontaktfläche geformt sind.

Durch den oder die axial gerichteten Ausnehmungen, die allein oder auch in Kombination mit radial gerichteten Ausnehmungen vorgesehen sein können, sind Luftspalte gebildet, die auch eine unterschiedliche Temperaturbeeinflussung in unterschiedlichen axial gerichteten Zonen des zu beheizenden Körpers ermöglichen.

In dem Bereich, in welchem der Luftspalt angeordnet ist, wird eine thermische Trennung zwischen Heizelement und zu beheizendem Gegenstand erreicht, da in diesem Bereich der Wärmeübergang lediglich durch Wärmestrahlung, nicht aber durch Wärmeleitung erfolgt. Durch entsprechende Anordnung des Luftspaltes können ein oder mehrere Temperaturzonen auf einen zu beheizendem Gegenstand genau definiert eingehalten werden.

Unter Umständen kann auch bevorzugt sein, daß der Luftspalt mit thermisch isolierendem Material ausgefüllt ist.

Eine bevorzugte Alternative oder zusätzliche Ausbildung wird darin gesehen, daß der oder die Teilbereiche oder weitere Teilbereiche durch eine oder mehrere axial zum Heizelement gerichtete Ausnehmungen (Rinne, Nut) eines Teilbereiches der durch Vergußmasse gebildeten Kontakt­ fläche geformt sind.

Als besonders vorteilhaft wird zudem angesehen, daß in jedem durch zwei axial gerichtete Ausnehmungen gebildeten Vergußmassenfeld ein separater Heizleiter oder eine Heizwendel angeordnet und eingebettet ist, dessen elektrischer Anschlußleiter mit einer separaten Strom­ quelle verbindbar sind.

In an sich bekannter Weise ist zudem vorgesehen, daß das Heizelement über seine Länge oder in Umfangsrichtung Zonen aufweist, in denen der Heizleiter oder die Heizwendel in enger Packlage oder in beabstandeter Packlage gewendelt oder gewickelt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Ein Heizelement in Stirnansicht;

Fig. 2 desgleichen im Schnitt II-II der Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 bis 8 Varianten in gleichen Ansichten.

Bei allen Ausführungsformen ist ein zylindrisches elektrisches Heizelement in Form einer sogenannten Wendelrohrpatrone gezeigt. Das Heizelement 1 weist Heizleiter 2 auf, die in Isoliermasse 3 eingebettet sind und von einem formstabilen Mantel 4 umgeben sind. Diese Elemente sind zu einer Wendelform formbar. Die so gebildeten Heizleiter des Heizelementes 1 sind in Messing 5 vergossen, so daß ein zylindrischer Hohlraum 6 von dem Vergußmetall gebildet ist. Außenseitig ist das Heiz­ element 1 durch einen Metallmantel 7 aus Edelstahl abgeschirmt. An einem axialen Ende des Heizelementes 1 sind die elektrischen Anschlußleitungen 8 nach radial außen herausgeführt. Bei den dargestellten Ausführungs­ beispielen handelt es sich um Heizelemente 1, die auf Spritzgießdüsen aufgeschoben werden und zu einer bestimmten Temperaturverteilung an einer solchen Spritz­ gießdüse geeignet sind.

Bei allen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Teil­ bereiche der durch Vergußmasse 5 gebildeten Kontaktfläche 9 derart ausgebildet, daß bei auf das zu beheizende Bauteil aufgeschobenem Heizelement 1 nur ein Teil der Kontaktfläche 9 auf der Umfangsfläche des zu beheizenden Bauteils, beispielsweise Spritzgießdüse, aufliegt und in Teilbereichen, beispielsweise in einem Teilbereich 10 ein Luftspalt gebildet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist der entsprechende Teilbereich 10, in dem der Luftspalt ausgebildet ist, durch eine ringförmige Ausnehmung der durch die Vergußmasse 5 gebildeten Kontaktfläche 9 geformt. Es ist damit ein entsprechendes Heizelement 1 geschaffen, welches im Mittelbereich eine thermische Trennung aufweist, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung an einer Spritzgießdüse zu erreichen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist ein Teilbereich 11 zur Bildung eines Luftspaltes ausgebildet, der durch eine axial gerichtete Ausnehmung der Vergußmasse 9 gebildet ist und über die gesamte Länge des Heizelementes 1 verläuft. Hierbei handelt es sich um ein Heizelement 1 mit einer thermischen Trennung in einem axialen bestimmten Bereich, was beispielsweise für Spritz­ gießdüsen mit zwei Massekanälen unterschiedlicher Temperatur geeignet ist. Ebenso wie bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 und 2 kann der entsprechende Teilbereich 11 bzw. 10 durch Ausfräsung erzeugt sein, wobei die Ausfräsung im Falle der Fig. 1 und 2 radial und im Falle der Fig. 3 und 4 axial verläuft.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 sind in dem Heizelement 1 zwei separate Heizleiter 12, 13 angeordnet, die über Anschlußleitungen 14, 15 am einen Ende des Heizelementes 1 radial herausgeführt und an entsprechende Stromquellen anschließbar sind. Desweiteren ist bei dieser Anordnung und Ausbildung an diametral gegenüberliegenden Bereichen ein Teilbereich 11 gebildet, der einen Luftspalt definiert. In den so erzeugten bei den Vergußmassenfeldern 16, 17 können somit unterschiedliche Temperaturen aufgebracht werden, ohne daß eine wesentliche gegenseitige Beeinflussung der Temperaturfelder erfolgt. Eine solche Heizelementeausbildung ist beispielsweise für sektions­ weise Beheizung einer Spritzgießdüse mit zwei Masse­ kanälen mit unterschiedlicher Temperatur geeignet.

In Fig. 7 und 8 ist eine ähnliche Ausbildung gezeigt, wobei dort an den entsprechenden luftspalterzeugenden Teilbereichen 11 jeweils noch eine nach radial innen vorspringende Ausformung von Metallgußmaterial 5 vorgesehen ist. Damit wird der Innenquerschnitt des Heizelementes 1 auf die entsprechende Form einer einzuschiebenen Spritzgießdüse mit zwei Massekanälen angepaßt. Auch diese Anordnung und Ausbildung ist zur sektionsweisen Beheizung einer Spritzgießdüse mit zwei Massenkanälen unterschiedlicher Temperatur geeignet und bestimmt.

Die Teilbereiche 11 können dabei durch eine ausgefräste Nut gebildet sein.

Insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 4 ist die Anordnung der Heizwendeln so vorgenommen, daß in axialer Richtung am Ende und Anfang des Heizelementes 1 eine enge Packlage der Heizwendeln durch enge Windung erreicht ist, während im Mittelbereich eine stark beabstandete Packlage durch unterschiedlichen Steigungswinkel der Windung der Heizwendel erreicht ist. Auch hierdurch kann die Temperaturverteilung zusätzlich beeinflußt werden.

Claims (4)

1. Zylindrisches elektrisches Heizelement mit nach radial außen gerichteter Wärmeabstrahlung oder rohrförmiges elektrisches Heizelement mit nach radial außen oder innen gerichteter Wärmeabstrahlung, insbesondere in Form eines Wendelrohrheizkörpers, dessen Heizleiter in Isoliermasse eingebettet und von einem formstabilen Mantel umgeben ist und der zu einer Wendelform formbar ist, wobei die Heizleiter des Heizelementes oder die Wendel des Heizkörpers mit Metall, insbesondere Kupfer oder Messing, vergossen sind und das Vergußmetall eine zylindrische Anlage­ fläche für ein zu beheizendes Bauteil bildet, die das Bauteil radial umschließt oder vom Bauteil radial umschlossen ist, wobei bei rohrförmigem Heizelement vorzugsweise ein Außenmantel oder Innenmantel in Rohrform aus Edelstahl oder anderem schlecht wärmeleitenden Werkstoff oder aus thermischem Isoliermaterial vorgesehen ist, der das Heizelement auf der Fläche umgibt, die der durch Vergußmasse gebildeten Kontaktfläche zum beheizten Bauteil abgewandt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oder mehrere Teilbereiche (10) der durch Vergußmasse (5) gebildeten Kontaktfläche (9) derart ausgebildet sind, daß bei auf das zu beheizende Bauteil aufgeschobenem oder in das zu beheizende Bauteil eingeschobenem Heizelement (1) nur ein Teil der Kontaktfläche (9) auf der Mantelfläche oder der Umfangsfläche aufliegt und zwischen dem oder den anderen Teilbereichen (10) und der Mantelfläche oder Umfangsfläche ein Luftspalt gebildet ist und daß der oder die Teilbereiche oder weitere Teilbereiche durch eine oder mehrere axial zum Heizelement (1) gerichtete Ausnehmungen (Rinne, Nut) eines Teilbereiches (11) der durch Vergußmasse (5) gebildeten Kontaktfläche (9) geformt sind.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt mit thermisch isolierendem Material ausgefüllt ist.

3. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem durch zwei axial gerichtete Ausnehmungen gebildeten Vergußmassenfeld (16, 17) ein separater Heizleiter (12, 13) oder eine Heizwendel angeordnet und eingebettet ist, dessen elektrischer Anschlußleiter mit einer separaten Strom­ quelle verbindbar sind.

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) über seine Länge oder in Umfangsrichtung Zonen aufweist, in denen der Heizleiter oder die Heizwendel in enger Packlage oder in beabstandeter Packlage gewendelt oder gewickelt ist.